潮汐与潮流

潮汐与潮流

2008-04-02 22:28:09| 分类：自然地理| 标签：|字号大中小订阅

潮汐与潮流

潮汐（Tide）是海面周期性的升降运动。与潮汐现象同时发生的还有海水周期性的水平流动，即潮流（Tidal Stream）。

潮汐与渔业、盐业、港口建筑、以及海水动力利用有着十分密切的关系。潮汐与航海的关系也非常重要，将直接影响船舶的航行计划的实施和航海安全，如需要通过浅水区，须预先依据潮汐资料计算出当地潮高、潮时，并正确调整吃水差；为了保证船舶安全地航行在计划航线上，须随时掌握当的潮汐与潮流资料，观测船位，调整航向。即使是在港内，也不容忽视潮汐、潮流对船舶安全的影响。在沿岸航行中，船长的航行命令、公司的航行规章制度、国际性机构对航行值班驾驶员的指导性文件中，都将掌握当时和未来的潮汐和潮流列为确保航行安全的驾驶台工作的重要内容。

潮汐学有着丰富的内容，本章仅从航海应用实际出发，阐述潮汐的基本成因、潮汐术语、潮流的计算方法等内容。

§13—1 潮汐的基本成因和潮汐术语

一、潮汐的成因

海水的涨落现象是由诸多复杂因素决定的，经研究表明，潮汐产生的原动力，是天

体的引潮力，即天体的引力、地球与天体相对运动所需的惯性离心力的向量和。其

中最主要的是月球的引潮力，其次是太阳的引潮力。

本章仅从航海实际需要出发，扼要地利用平衡潮理论（静力学理论）分析潮汐的基

本成因，并对调和常数分析法作简单扼要的介绍。

平衡潮理论是牛顿创立的，所谓平衡潮是指海水在引潮力和重力作用下，达到平衡

时的潮汐。

为了使问题简化，作以下两个假设：

1、整个地球被等深的海水所覆盖，所有自然地理因素对潮汐不起作用；

2、海水没有摩擦力、惯性力，外力使海水在任何时候都处于平衡状态。

下面以月引潮力为例来分析潮汐的成因：

㈠月球的引力

根据万有引力定律，有：

式中：mM ——月球质量；mE——地球质量；

R——地月中心距离；k——万有引力系数。

而地球表面上至月球中心距离为X的单位质点P所受的引力为：

所以：（如图5-1-1所示）

月球引力的方向：均指向月心；

大小：与天体的距离的平方成反比。

㈡惯性离心力

月球绕地球公转，严格地说，应是月心绕月、地公共质心旋转。其周期约为27.3 日。由于地球质量远比月球质量大，经计算，公共质心位于月心与地心连线上，且距地心0.73 R(R为地球半径)处。地球绕公共质心平动时，产生惯性离心力。

如图5-1-2所示：

地球表面上各点的惯性离心力为：

方向：均背向月球，且彼此平行；

大小：均相等。

㈢月引潮力和月潮椭圆体

如图5-1-4所示：

月引潮力即为月球的引力和月、地公转惯性离心力的矢量和。

月引潮力使地面海水涌向向月和背月的地方，形成高潮；

而在与向月和背月经差相差90o处，海水因受引潮力的作用而流走，形成低潮，从而形成一个长轴指向月球的月潮椭圆体（如图5-1-5所示）：

对地球上某点A而言，P为地极，A 1 , A 2 ,A 3 , A4分别表示地球表面上任意一

点A随着地球自转中的四个位置。

A 1 点，月球在该点的上中天，该点海面水位升到最高，产生该地当日第一次高潮；

当地球自转到A 2点时，海面水位下降到最底，产生该日当地第一次低潮；

当地球自转到A 3点时，即月下中天，海面水位再次升到最高，即产生该地当日第

二次高潮；

当地球自转到A 4点时, 海面水位再次下降到最底,则发生该地当日第二次低潮。

月球连续两次上（下）中天的时间间隔称为一个太阴日，约为24 h 50 min。

相邻两个高潮（低潮）的时间间隔（约为12 h 25 min.），称为一个潮汐周期。

可见，我们所讨论的潮汐是以半个太阴日为周期的，故称为半日潮（semi-diurnal

tide）。

二、潮汐不等

1、潮汐的周日不等（diurnal inequality of tide）

上面我们所讨论的是月赤纬为零时的潮汐现象，即在一个太阴日中，有两个几乎相

等的高潮和低潮，且相邻高、低潮时间间隔也几乎相等，这种潮汐现象称为赤道潮

或分点潮。此时，几乎没有日潮不等现象。

如图5-1-6所示：

但当月赤纬不等于零，尤其是较大时，

月潮椭圆体长轴指向月球，与赤道面成

一交角（即当时的月赤纬）。

这时，在一个太阴日里的两个高潮（低

潮）的高度不再基本相等，而有明显差

异，并且，相邻的高、低潮时间间隔也不再一致，这种现象称为潮汐的周日不等。

月赤纬越大，这种现象越明显。当月球

在月回归线时（月赤纬最大），日潮不等现象最大，这时的潮汐称为回归潮。

2、潮汐的半月不等

太阳也会使地面海水在太阳引潮力的作用下，形成日潮椭圆体：

其长轴指向太阳，周期为一个太阳日（24h），其间出现两高两低，但较月引潮力小

（2.17）倍。

由于月、日、地球在空间的相对位置周期性地变化，使得月、日潮椭圆体相互叠加，从而产生了潮汐的半月不等现象。

如图5-1-7所示：

设：月、日的赤纬均等于零，当月球处在新月（朔）或满月（望）时，月、日潮椭圆体的长轴在同一个子午圈平面内，即月、日潮椭圆体的长轴方向一致，互相叠加，出现高潮最高、低潮最低的现象，称为大潮（spring tide ,ST）。

如图5-1-8所示：

当月球处在上弦（农历初七、八）或下

弦（农历二十二、二十三）时，月、日

潮椭圆体的长轴方向相差90o ，引潮力

互相抵消，出现了高潮最低、低潮最高

的现象，称为小潮（neap tide NT）。

可见，从朔、望到两弦，再到朔、望，

潮差在不断地变化。

即从新月→ 上弦，潮差由大→ 小；

上弦→ 满月，潮差由小→ 大；

满月→ 下弦，潮差由大→ 小；

下弦→ 新月，潮差由小→ 大。

如此反复。

3、潮汐的视差不等

月球是沿椭圆轨道绕地球转动的，地球在椭圆轨道的一个焦点上。

由于月、日、地球三者相对距离发生周期性的变化而产生的潮汐不等现象叫潮汐的视差不等。

每年元月三日前后，地球离太阳最近，此点为近日点，其引潮力较大；